一种超大直径6061铝合金异形截面环件的轧制方法技术

本发明专利技术涉及环件轧制方法领域，一种超大直径6061铝合金异形截面环件的轧制方法如下：下料→铸锭加热、保温→自由锻→矩形环坯制作→异形截面环件制作→环件冷却→固溶→时效处理→尺寸检测。采用本发明专利技术所述的轧制方法能保持锻件流线完整，内部组织均匀，不需要进行焊接，加工周期短，材料利用率高，后续加工余量小等特点。

A Rolling Method of 6061 Aluminum Alloy Special Section Ring with Super Large Diameter

The invention relates to the field of ring rolling method, and a rolling method of super large diameter 6061 aluminum alloy ring with special section is as follows: blanking ingot heating, heat preservation free forging rectangular ring blank production ring cooling solid solution aging treatment size detection. The rolling method of the invention can keep the forging streamline intact, the internal structure is uniform, does not need to be welded, has short processing period, high material utilization rate, and small follow-up processing allowance, etc.

【技术实现步骤摘要】
一种超大直径6061铝合金异形截面环件的轧制方法
本专利技术属于环件轧制方法领域，尤其是一种超大直径6061铝合金异形截面环件的轧制方法。
技术介绍
6061铝合金为A1-Mg-Si系可热处理强化铝合金，具有低密度、较高的比强度、良好的耐蚀性、焊接性、加工性等特性，在航空航天、汽车、船舶等领域得到广泛应用。大型环件广泛应用与各工业领域，如运载火箭的过度环，核反应堆的加强圈，压力容器等。环件轧制技术是一种生产无缝环件的特种加工工艺，目前国内在黑色金属和钛合金金属环轧方面研究较多，工程化应用较高，但是在铝合金环件，特别是超大型异形截面铝合金环轧研究方面几乎为零。主要原因是对铝合金异形截面环件的使用要求较少。但是随着航空航天工业的发展，超大型铝合金环件使用需求越来越多。目前国内生产铝合金环件直径基本都在10000mm以下，随着环件的尺寸增大，环件的刚性会大大减弱，轧制过程中导致塑性失稳，环轧过程中环的圆度和尺寸精度难以控制等问题，因轧制过程较复杂，对轧制工艺过程提出了更高的要求。
技术实现思路
本专利技术提供了一种超大直径6061铝合金异形截面环件的轧制方法，主要解决直径10000mm以上的铝合金环件无法轧制的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种超大直径6061铝合金异形截面环件的轧制方法，包括以下步骤：（1）下料，将6061铝合金铸锭按要求锯切成铸锭；（2）铸锭加热、保温；（3）自由锻造，对6061铝合金铸锭进行镦粗、冲孔、马架扩孔工序；首先将加热、保温的铸锭镦拔锻造成圆饼状坯料，然后对坯料进行冲孔，冲孔完成后回炉升温至470±5℃、保温4-6小时，最后对坯料进行马架扩孔，制备外径为4750-5250mm、内径为3750-4250mm、高度为520-530mm的环坯；（4）矩形环坯制作，将第（3）步骤制得的环坯回炉升温至470±5℃、保温2-3小时，然后将环坯转运至矩形环轧机上进行矩形环件的制作，轧制步骤如下:咬入阶段控制主辊模具转速为2-3rad/s、芯辊模具进给速度为0.5-0.8mm/s、锥辊模具进给速度为0，快速轧制阶段控制主辊模具转速为3-4rad/s、芯辊模具进给速度为1-1.5mm/s、锥辊模具进给速度为0.45-0.5mm/s，稳定轧制阶段控制主辊模具转速为3.5-4.5rad/s、芯辊模具进给速度为1.5-2.5mm/s，锥辊模具进给速度为0.15-0.2mm/s,减速轧制阶段控制主辊模具转速为1.5-2mm/s、芯辊模具进给速度为1-2mm/s、锥辊模具进给速度为0.1-0.15mm/s，成形整圆阶段控制主辊模具转速为1-1.5rad/s、芯辊模具进给速度为0.1-0.3mm/s、锥辊模具进给速度为0，制得外径为7800-8300mm、内径为7200-7700mm、高度为500±5mm的矩形环坯；（5）异形截面环件制作，步骤如下：将第（4）步骤制得的矩形环坯回炉升温至470±5℃、保温2-3小时，然后将矩形环坯转运至异形环轧机上进行异形截面环件的制作，轧制步骤如下:咬入阶段控制主辊模具转速为1-2rad/s、芯辊模具进给速度为0.3-0.8mm/s，快速轧制阶段控制主辊模具转速为2-2.5rad/s、芯辊模具进给速度为0.8-1.2mm/s，稳定轧制阶段控制主辊模具转速为3-4rad/s、芯辊模具进给速度为1-1.6mm/s，减速轧制阶段控制主辊模具转速为1.2-1.5mm/s、芯辊模具进给速度为0.8-1.3mm/s，成形整圆阶段控制主辊模具转速为1-1.5rad/s,、芯辊模具进给速度为0.1-0.3mm/s，轧制成异形截面环件，环件外径为11000±15mm、内径为10600±15mm、高度为500±5mm；（6）环件轧制结束后，平放空冷至室温；（7）固溶：环件的固溶温度为535±5℃，保温5-7小时；（8）时效处理：再将环件装入热处理炉中，加热至160±3℃，保温8-10小时，空冷；（9）尺寸检测，对异形截面环件进行尺寸检测，异形截面环锻件圆度小于5‰，获得满足质量要求的环件。对上述技术方案进一步地限定，所述步骤（1）中下料高径比小于2.5，铸锭尺寸为直径1150mm、高度2800mm。对上述技术方案进一步地限定，所述步骤（2）中，铸锭放入电炉中加热升温，炉温控制在470±5℃，保温时间为20-24小时。对上述技术方案进一步地限定，所述步骤（3）中，冲孔内径为500mm，镦粗、冲孔、马架扩孔的温度为380℃-470℃。对上述技术方案进一步地限定，所述步骤（4）中，制作的矩形环坯圆度小于5‰，轧制过程中矩形环坯表面的温度为380℃-470℃。对上述技术方案进一步地限定，所述步骤（5）中，制作异形截面环件坯料表面温度为380℃-470℃。对上述技术方案进一步地限定，所述步骤（7）中，异形截面环件入水时间要求小于15秒，固溶水温为25-35℃。有益效果：本专利技术以轧制超大直径异形截面环件为例，通过控制自由锻过程中坯料变形温度、尺寸；矩形环坯轧制过程中环坯温度、轴—径向进给运动的速度、尺寸；异形截面环件轧制过程中的温度、径向进给速度、尺寸；热处理过程中的温度、保温时间等,让整个轧制过程稳定持续进行，实现6061铝合金制造外径为11000±15mm、内径为10600±15mm、高度为500±5mm的超大直径异形截面环件；采用本专利技术所述的轧制方法能保持锻件流线完整，内部组织均匀，不需要进行焊接，加工周期短，材料利用率高，后续加工余量小等特点。附图说明图1是本专利技术中矩形环坯制作示意图。图2是本专利技术中异形截面环件制作示意图。图中1是主辊模具，2是环坯，3是导向辊，4是芯辊模具，5锥辊，6是环件。具体实施方式一种超大直径6061铝合金异形截面环件的轧制方法，包括以下步骤：（1）下料，下料高径比小于2.5，将6061铝合金铸锭按要求锯切成铸锭，铸锭尺寸为直径1150mm、高度2800mm；（2）铸锭放入电炉中加热升温，炉温控制在470℃，保温时间为22小时；（3）自由锻造，对6061铝合金铸锭进行镦粗、冲孔、马架扩孔工序；首先将加热、保温的铸锭镦拔锻造成圆饼状坯料，然后对坯料进行冲孔，冲孔内径为500mm，冲孔完成后回炉升温至470℃、保温5小时，最后对坯料进行马架扩孔，制备外径为5000mm、内径为4000mm、高度为525mm的环坯；所述镦粗、冲孔、马架扩孔的温度为450℃；（4）矩形环坯制作，将第（3）步骤制得的环坯回炉升温至470℃、保温2小时，然后将环坯转运至矩形环轧机上进行矩形环件的制作，轧制步骤如下:设备工装涂润滑剂，对环坯表面、内孔喷涂润滑剂，轧制过程分咬入、快速轧制、稳定轧制、减速轧制及成形整圆五个阶段进行；五个阶段中的主辊模具、芯辊模具的工艺参数如下：如图1所示，咬入阶段控制主辊模具转速为2-3rad/s、芯辊模具进给速度为0.5-0.8mm/s、锥辊模具进给速度为0，快速轧制阶段控制主辊模具转速为3-4rad/s、芯辊模具进给速度为1-1.5mm/s、锥辊模具进给速度为0.45mm/s，稳定轧制阶段控制主辊模具转速为3.5-4.5rad/s、芯辊模具进给速度为1.5-2.5mm/s，锥辊模具进给速度为0.15mm/s，减速轧制阶段控制主辊模具转速为1.5-2m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超大直径6061铝合金异形截面环件的轧制方法，包括以下步骤：（1）下料，将6061铝合金铸锭按要求锯切成铸锭；（2）铸锭加热、保温；（3）自由锻造，对6061铝合金铸锭进行镦粗、冲孔、马架扩孔工序；首先将加热、保温的铸锭镦拔锻造成圆饼状坯料，然后对坯料进行冲孔，冲孔完成后回炉升温至470±5℃、保温4‑6小时，最后对坯料进行马架扩孔，制备外径为4750‑5250mm、内径为3750‑4250mm、高度为520‑530mm的环坯；（4）矩形环坯制作，将第（3）步骤制得的环坯回炉升温至470±5℃、保温2‑3小时，然后将环坯转运至矩形环轧机上进行矩形环件的制作，轧制步骤如下: 咬入阶段控制主辊模具转速为2‑3rad/s、芯辊模具进给速度为0.5‑0.8mm/s、锥辊模具进给速度为0，快速轧制阶段控制主辊模具转速为3‑4rad/s、芯辊模具进给速度为1‑1.5mm/s、锥辊模具进给速度为0.45‑0.5mm/s，稳定轧制阶段控制主辊模具转速为3.5‑4.5rad/s、芯辊模具进给速度为1.5‑2.5mm/s，锥辊模具进给速度为0.15‑0.2mm/s,减速轧制阶段控制主辊模具转速为1.5‑2mm/s、芯辊模具进给速度为1‑2mm/s、锥辊模具进给速度为0.1‑0.15mm/s，成形整圆阶段控制主辊模具转速为1‑1.5rad/s、芯辊模具进给速度为0.1‑0.3mm/s、锥辊模具进给速度为0，制得外径为7800‑8300mm、内径为7200‑7700mm、高度为500±5mm的矩形环坯；（5）异形截面环件制作，步骤如下：将第（4）步骤制得的矩形环坯回炉升温至470±5℃、保温2‑3小时，然后将矩形环坯转运至异形环轧机上进行异形截面环件的制作，轧制步骤如下:咬入阶段控制主辊模具转速为1‑2rad/s、芯辊模具进给速度为0.3‑0.8mm/s，快速轧制阶段控制主辊模具转速为2‑2.5rad/s、芯辊模具进给速度为0.8‑1.2mm/s，稳定轧制阶段控制主辊模具转速为3‑4rad/s、芯辊模具进给速度为1‑1.6mm/s，减速轧制阶段控制主辊模具转速为1.2‑1.5mm/s、芯辊模具进给速度为0.8‑1.3mm/s，成形整圆阶段控制主辊模具转速为1‑1.5rad/s,、芯辊模具进给速度为0.1‑0.3mm/s，轧制成异形截面环件，环件外径为11000±15mm、内径为10600±15mm、高度为500±5mm；（6）环件轧制结束后，平放空冷至室温；（7）固溶：固溶温度535±5℃，保温5‑7小时；（8）时效处理：再将环件装入热处理炉中，加热至160±3℃，保温8‑10h，空冷；（9）尺寸检测，对异形截面环件进行尺寸检测，异形截面环锻件圆度小于5‰，获得满足质量要求的环件。...

【技术特征摘要】
1.一种超大直径6061铝合金异形截面环件的轧制方法，包括以下步骤：（1）下料，将6061铝合金铸锭按要求锯切成铸锭；（2）铸锭加热、保温；（3）自由锻造，对6061铝合金铸锭进行镦粗、冲孔、马架扩孔工序；首先将加热、保温的铸锭镦拔锻造成圆饼状坯料，然后对坯料进行冲孔，冲孔完成后回炉升温至470±5℃、保温4-6小时，最后对坯料进行马架扩孔，制备外径为4750-5250mm、内径为3750-4250mm、高度为520-530mm的环坯；（4）矩形环坯制作，将第（3）步骤制得的环坯回炉升温至470±5℃、保温2-3小时，然后将环坯转运至矩形环轧机上进行矩形环件的制作，轧制步骤如下:咬入阶段控制主辊模具转速为2-3rad/s、芯辊模具进给速度为0.5-0.8mm/s、锥辊模具进给速度为0，快速轧制阶段控制主辊模具转速为3-4rad/s、芯辊模具进给速度为1-1.5mm/s、锥辊模具进给速度为0.45-0.5mm/s，稳定轧制阶段控制主辊模具转速为3.5-4.5rad/s、芯辊模具进给速度为1.5-2.5mm/s，锥辊模具进给速度为0.15-0.2mm/s,减速轧制阶段控制主辊模具转速为1.5-2mm/s、芯辊模具进给速度为1-2mm/s、锥辊模具进给速度为0.1-0.15mm/s，成形整圆阶段控制主辊模具转速为1-1.5rad/s、芯辊模具进给速度为0.1-0.3mm/s、锥辊模具进给速度为0，制得外径为7800-8300mm、内径为7200-7700mm、高度为500±5mm的矩形环坯；（5）异形截面环件制作，步骤如下：将第（4）步骤制得的矩形环坯回炉升温至470±5℃、保温2-3小时，然后将矩形环坯转运至异形环轧机上进行异形截面环件的制作，轧制步骤如下:咬入阶段控制主辊模具转速为1-2rad/s、芯辊模具进给速度为0.3-0.8mm/s，快速轧制阶段控制主辊模具转速为2-2.5rad/s、芯辊模具进给速度为0.8-1.2mm/s，稳定轧制阶段控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨全涛，
申请(专利权)人：湖北汽车工业学院，
类型：发明
国别省市：湖北,42